一种MRAM磁隧道结的刻蚀方法与流程

一种mram磁隧道结的刻蚀方法
技术领域
1.本发明涉及磁性随机存储器领域，特别是一种mram磁隧道结的刻蚀方法。


背景技术：

2.目前广泛应用的存储器类型主要为sram（static random access memory）、dram（dynamic random access memory）和flash（flash memory）等。sram不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据，性能较高，但集成度低。dram集成度高且功耗低，但需要刷新电路才能持续保存数据。而mram（magnetic random access memory）具备sram的高速读写能力，以及dram的高集成度，基本可以无限次的重复写入，可用于既需快速、大量的存储数据，又需断电后保持数据，并可快速恢复的系统中。在“非挥发性”特色上，目前仅有mram及flash具此功能，而flash欠缺“随机存取”的功能。这意味着， mram前景广阔，尤其在汽车、工业、军事及太空领域可发挥重要作用。
3.mram与传统的存储器不同，靠磁场极化的形式，而不是靠电荷的形式来保存数据的。mram存储单元基本结构mtj结如图1所示。最上层是磁场极化方向可变的自由层，中间是隧道栅层，下层是磁场方向固定不变的固定层，合称mtj结（magnetic tunnel junctions）。当自由层与固定层的磁场方向平行时，存储单元呈现低电阻；当磁场方向相反时，呈现高电阻。mram通过检测存储单元电阻的高低，来判断所存储的数据是0还是1。
4.在mram制程中，mtj刻蚀是极其关键的环节。刻蚀设备主要为反应离子刻蚀rie（reactive ion etching）和离子束刻蚀ibe（ion beam etching）。rie是采用化学反应和物理离子轰击进行刻蚀的方法。ibe是利用具有一定能量的离子束轰击材料表面进行刻蚀，方向性较强。目前rie和ibe刻蚀是mtj刻蚀的主流方法。无论是采用ibe刻蚀还是rie刻蚀，均需满足如下要求：1、刻蚀中需要保持mtj结较高的陡直度（profile），有利于提高tmr（tunnel magnetoresistance resistance）性能和寿命。
5.2、mtj中的氧化镁层不能有侧壁沾污（re-dep），否则会造成短路失效。
6.3、掩膜（hm）剩余较多，沉积沾污（residue）较少，有利于后续工艺制程，提高器件存活率。
7.如图2所示，传统ibe刻蚀具有较高的选择性，但氧化镁层损伤较大，沉积沾污较多。传统rie刻蚀选择比过低，陡直度较差。从而，难以同时满足上述三项刻蚀要求。
8.另外，随着磁性记忆层体积的缩减，写或转换操作需注入的自旋极化电流也越小。因此，期望做出更小更密集的mtj结图形，减少控制引起的对mtj记忆器件寿命的破坏与缩短。然而，更小更密集的mtj结，采用常规的ibe刻蚀或rie刻蚀，更难以满足上述三项刻蚀要求。


技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种mram磁隧道结
的刻蚀方法，该mram磁隧道结的刻蚀方法将传统rie和ibe刻蚀相结合，通过刻蚀顺序的布设以及各个刻蚀参数的精心选择，从而在对小尺寸密集磁隧道结刻蚀效果提升显著的同时，也能适用于非密集磁隧道结的刻蚀。
10.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种mram磁隧道结的刻蚀方法，包括如下步骤。
11.步骤1，磁隧道结主刻步：采用离子束刻蚀和/或反应离子刻蚀，对磁隧道结进行刻蚀量为t1的主刻步刻蚀。其中，离子束的方向角为10~60
°
，反应离子刻蚀的偏压为400-1000v。
12.步骤2，磁隧道结清洗步：对完成主刻步的磁隧道结，进行刻蚀量为t2的清洗步刻蚀。其中，t1：t2≥0.5。清洗步刻蚀包括反应离子刻蚀，反应离子刻蚀的模式为连续模式或脉冲模式。反应离子刻蚀的偏压为50v-400v，脉冲占空比为5%-50%。清洗步刻蚀完成后，在底电极或底介质层上的刻蚀形貌为方形沟槽。
13.步骤2中，清洗步刻蚀采用离子束刻蚀和反应离子刻蚀的组合。其中，离子束刻蚀的束电压为50v-200v。
14.还包括步骤3，磁隧道结的原位保护：采用化学气相沉积法，在完成清洗步刻蚀后的磁隧道结周围生长介质膜层，进行原位保护。
15.清洗步刻蚀的刻蚀量t2为5-100nm。
16.步骤1中，离子束刻蚀包括大角度离子束刻蚀和小角度离子束刻蚀。
17.大角度离子束刻蚀指离子束的方向角为30-60
°
，小角度离子束刻蚀指离子束的方向角为10-30
°
。假设大角度离子束刻蚀的时间段为t1，小角度离子束刻蚀的时间段为t2，则t1≥1.5 t2。
18.主刻步和清洗步中，当采用离子束刻蚀时，离子束腔室使用的气体为惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、氨基气体、一氧化碳、二氧化碳和醇类中的一种或任意组合。
19.主刻步和清洗步中，当采用反应离子刻蚀时，反应离子腔室中的离子源功率为50-1000w，腔压为0.5-10mt，气流量10-500sccm，气体为惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、氨基气体、一氧化碳、二氧化碳和醇类中的一种或任意组合。
20.方形沟槽的下底边长度为l1，方形沟槽的上底边长度为l2，方形沟槽的高为h1，方形沟槽下底边与侧边之间的夹角为α，则：l1：l2=0.3~1.0，h1：l2=0.1~2.0，α=90-130
°
。
21.一种mram磁隧道结的刻蚀方法，包括如下步骤。
22.步骤1，磁隧道结主刻步：采用离子束刻蚀，对磁隧道结进行刻蚀量t1=35nm的主刻步刻蚀。离子束刻蚀方法为：将磁隧道结样品传入离子束刻蚀腔室，离子束的方向角选择为25
°
、能量600v、保护气体选择为氩气。其中，磁隧道结样品从上至下依次包括掩膜层、帽层、mtj结、底电极金属层和底介质层。底介质层中等距嵌套有与掩膜层中掩膜数量相等的金属下电极，金属下电极与掩膜的位置相对应。离子束刻蚀停止在底电极金属层剩余5nm处。此时，离子束刻蚀量为35nm。
23.步骤2，磁隧道结清洗步：对完成主刻步的磁隧道结，采用反应离子刻蚀，进行刻蚀量为t2=30nm的清洗步刻蚀。反应离子刻蚀的方法为：通过真空腔，将步骤1完成离子束刻蚀的磁隧道结样品，从离子束刻蚀腔室传输至反应离子刻蚀腔室，进行反应离子刻蚀。反应离子刻蚀的参数为：反应离子脉冲选用20%，离子源功率700w、偏压在400v，腔压5mt，氩气流量
100 sccm，反应离子刻蚀量30nm。清洗步刻蚀完成后，在底介质层上的刻蚀形貌为方形沟槽。
24.步骤3，磁隧道结的原位保护：通过真空传输腔，将清洗步刻蚀完成后的磁隧道结样品传入等离子增强化学气相沉积腔室，镀35nm sin薄膜作原位保护。
25.一种mram磁隧道结的刻蚀方法，包括如下步骤。
26.步骤1，磁隧道结主刻步：采用反应离子刻蚀，对磁隧道结进行刻蚀量t1=20nm主刻步刻蚀。反应离子刻蚀方法为：将磁隧道结样品传入反应离子刻蚀腔室，反应离子刻蚀离子源功率600w，偏压600v，腔压10mt，氩气流量150 sccm。其中，待刻蚀磁隧道结样品，从上至下依次包括掩膜层、帽层、mtj结、底电极层和底介质层。反应离子刻蚀停止在底电极层消耗3nm处。此时，反应离子刻蚀量为20nm。
27.步骤2，磁隧道结清洗步：对完成主刻步的磁隧道结，采用反应离子刻蚀，进行刻蚀量为t2=15nm的清洗步刻蚀。反应离子刻蚀的刻蚀参数为：反应离子脉冲选用30%，离子源功率300w、偏压在600v，腔压1.5mt，氩气流量200 sccm，反应离子刻蚀量t2=15nm。清洗步刻蚀完成后，在底介质层上的刻蚀形貌为方形沟槽。
28.步骤2a，离子束清洗：通过真空腔，将清洗步刻蚀完成的磁隧道结样品，传输至离子束刻蚀腔室，离子束角度选择为45
°
，离子束能量100v，采用氩气刻蚀，刻蚀深度3nm，仍停留在底电极层上。
29.步骤3，磁隧道结的原位保护：通过真空传输腔，将离子束清洗完成后的磁隧道结样品传入等离子增强化学气相沉积腔室，镀10nm sin薄膜作原位保护。
30.本发明具有如下有益效果：本发明将传统rie和ibe刻蚀相结合，通过刻蚀顺序的布设以及各个刻蚀参数的精心选择，从而在对小尺寸密集磁隧道结刻蚀效果提升显著的同时，也能适用于非密集磁隧道结的刻蚀。因而，解决了密集图形刻蚀时低选择比、低陡直度的问题。进一步，本发明最大的特点是能在底部形成方形刻蚀沟槽，从而能很大程度上提高mtj结的tmr和使用寿命，并消除底部沉积。
附图说明
31.图1为mtj结构示意图。
32.图2为本发明刻蚀效果与传统rie刻蚀或ibe刻蚀效果对比，刻蚀停止在介质sio上。
33.图3为本发明刻蚀后样品膜层形貌示意图。
34.图4为本发明刻蚀效果与传统rie刻蚀或ibe刻蚀效果对比，刻蚀停止在底电极金属上。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
36.本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中
采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
37.如图1所示，一种mram磁隧道结的刻蚀方法，包括如下步骤。
38.步骤1，主刻步：反应离子刻蚀rie或离子束刻蚀ibe。
39.将晶圆传入对应的反应腔室中，对待刻蚀磁隧道结样品进行一次刻蚀。
40.如图2所示，待刻蚀磁隧道结样品，从上至下依次包括掩膜层、金属层（也称为帽层或覆盖层）、mtj结、金属层（也称为种子层）和底介质层。
41.其中，掩膜层包括若干个等距均布在帽层上的掩膜。底介质层中等距嵌套有与掩膜数量相等的底电极，底电极与掩膜的位置相对应。进一步，底介质层优选为氧化硅等。
42.如图4所示，待刻蚀磁隧道结样品，从上至下依次包括掩膜层、金属层（也称为帽层或覆盖层）、mtj结、金属层（也称为种子层）、底电极和底介质层。掩膜层中掩膜的设置，同图2，底介质层优选为氧化硅等。
43.离子束刻蚀ibe的工艺条件优选为：离子束的方向角优选为10-60
°
（离子束与晶片法线夹角），能量优选为200-1000v，保护气体优选采用惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、氨基气体、一氧化碳、二氧化碳、醇类等中的一种或不同组合，进一步优选为氩气、氪气、氙气等惰性气体。
44.反应离子刻蚀rie的工艺条件优选为：离子源功率为50-1000w，腔压为0.5-30mt，气流量10-500sccm，气体为惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、氨基气体、一氧化碳、二氧化碳和醇类中的一种或任意组合。
45.此步骤1中，主刻步的刻蚀量为t1。
46.本步骤1中，采用离子束刻蚀ibe或反应离子刻蚀rie，优选具有如下有益效果：1、离子束的方向角的选择，能有效保障一次刻蚀的陡直度，并减少cd（mtj结中氧化镁层的尺寸）消耗。rie主刻可快速实现金属层的刻蚀，对氧化镁层的侧壁损伤较小。
47.在本发实施例的ibe刻蚀过程中，离子束优选采用变化的方向角，ibe刻蚀包括大角度ibe刻蚀和小角度ibe刻蚀。其中，大角度ibe刻蚀通常指离子束的方向角为30-60
°
；小角度ibe刻蚀通常指离子束的方向角为10-30
°
。假设大角度ibe刻蚀的时间段为t1， 小角度ibe刻蚀的时间段为t2，则优选t1≥1.5 t2。
48.2、采用惰性气体刻蚀，能获得较高的陡直度和清洁的侧壁。
49.3、通过增加主刻步刻蚀量t1的占比，从而提高recess量，提升陡直度。
50.步骤2，清洗步：通过真空腔将步骤1完成主刻步的磁隧道结样品，传输至相应清洗步腔室，在清洗步腔室中，进行清洗步的二次刻蚀。
51.清洗步刻蚀具有如下两种优选实施例。
52.第一种实施例：反应离子刻蚀的连续模式或脉冲模式。
53.第二种实施例：反应离子刻蚀的连续模式或脉冲模式、以及低能量的离子束刻蚀。
54.反应离子刻蚀rie的工艺条件优选为：反应离子脉冲pulsing优选为 5%-50%，离子源功率source 50-1000w、偏压在10-1000v，腔压0.5-10mt，气流量10-500sccm，采用惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、氨基气体、一氧化碳、二氧化碳、醇类等中的一种或任意组合，进一步优选为氩气等惰性气体或含氧气体。
55.离子束刻蚀ibe的工艺条件优选为：方向角优选为30-60
°
（离子束与晶片法线夹角），能量优选为50-200v，保护气体优选采用惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、氨基气体、一
氧化碳、二氧化碳、醇类等中的一种或不同组合，进一步优选为氩气、氪气、氙气等惰性气体。
56.步骤2中，清洗步刻蚀量为t2，t2取值优选为5-40nm，t1：t2≥0.5。两次刻蚀的刻蚀量比值优选为：t1：t2=1.5~4.0。
57.完成二次刻蚀后，位于底电极和/或底介质层上的刻蚀形貌为如图3和图4所示的方形沟槽。
58.一种位于底部的mram磁隧道结的方形刻蚀沟槽，方形沟槽为位于底电极或底介质层上的刻蚀形貌，且形状为类方形。如图2所示，方形沟槽位于底介质层上。如图4所示，方向沟槽位于底电极中。作为替换，方形沟槽也可同时位于图4的底电极和/或底介质层中。
59.方形沟槽的下底边长度（对应图3中的square trench length）为l1，方形沟槽的上底边长度（对应图3中的space）为l2，方形沟槽的高（对应图3中的recess）为h1，方形沟槽下底边与侧边之间的夹角为α；则：α=90-130
°
，也即近似l型，故而形成类方形，优选：l1：l2=0.3~1.0，h1：l2=0.1~2.0。
60.因为电荷积累效应和选择比等因素，小尺寸密集图形比常规的图能更难形成方形刻蚀沟槽。采用本发明后，可以在图形密集程度达到中距（pitch）为80-100nm的情况下，仍然可以刻蚀出明显的方形沟槽特征。
61.本步骤2中，采用低能量的离子束刻蚀或反应离子刻蚀的连续模式或脉冲模式，优选具有如下有益效果：1、低能量、低压条件可提高沉积沾污清除能力，在合适的工艺窗口下，能保障不产生侧壁沾污。
62.2、低能量可减少氧化镁层的侧壁损伤。
63.3、采用氩气等惰性气体刻蚀也可获得较高的陡直度和清洁的侧壁，若采用含氧气体刻蚀可对侧壁有氧化效果，采用反应气体刻蚀可增加选择比。
64.4、保留主刻步骤的陡直度，最终陡直度在75-90
°
，即使两单元中心间距pitch≤100nm时，也可达到85
°
以上。
65.5、与传统单一刻蚀方法相比，选择比大幅提升。
66.6、能在底部形成方形刻蚀沟槽。方形沟槽底部平坦，无沉积沾污或只含有较少沉积沾污。方形刻蚀沟槽可在介质层形成，也可以在下电极层形成。方形沟槽底部拐角可呈“l”型。刻蚀完镀膜后，膜层仍有明显“l”型形貌。
67.7、所得方形沟槽角度在90-130
°
，方形沟槽下底边长l1为方形沟槽上底边长l2的0.5-1.0倍。在recess : space为0.5-2、深宽比（总高 : space）为1.0-5.0时可达到较好方形沟槽形貌。
68.步骤3，镀膜：对刻蚀完成的磁隧道结样品进行镀膜。所镀膜层为氮化硅或氧化硅或二者的结合，镀膜厚度为10-100nm，镀膜温度为150-350℃。 该原位保护膜层可避免mtj的金属叠层被空气中的水汽等腐蚀，造成器件导通短路。
69.本发明，采用如下两种具体优选实施例，进行进一步的详细说明。
70.实施例一步骤1，采用反应离子刻蚀进行主刻步：将如图2所示的磁隧道结样品传入rie腔室进行主刻，主刻步能量为源功率500w、偏压功率600w, 腔压20mtorr，刻蚀气体为kr。
71.反应离子刻蚀停止在最下层金属层剩余10nm至底介质层40nm深度处，本实施例一中，一次刻蚀优选停止在最下方金属层剩余5nm处，刻蚀量为t1优选为35nm。
72.步骤2，采用反应离子刻蚀rie+离子束刻蚀ibe的组合进行清洗步步骤21、反应离子刻蚀rie：通过真空腔，将步骤1主刻步完成的磁隧道结样品，进行二次反应离子刻蚀。二次反应离子刻蚀的参数为：离子源功率700w、偏压在400v，腔压5mt，氩气流量100 sccm。
73.步骤22、离子束刻蚀：通过真空腔，将步骤21完成二次反应离子刻蚀的磁隧道结样品，从rie传输至ibe，进行离子束刻蚀。离子束刻蚀工艺条件优选为：bmv100v, 入射角60
°
，刻蚀气体为ar。刻蚀深度，也即离子束刻蚀量t2=30nm。完成二次刻蚀后，位于底介质层上的刻蚀形貌为方形沟槽。
74.步骤3，镀膜：通过真空传输腔将离子束刻蚀后的样品传入等离子增强化学气相沉积腔室，镀30nm sin薄膜作原位保护。
75.本实施例所得方形沟槽的下底边长度（对应图3中的square trench length）为l1，方形沟槽的上底边长度（对应图3中的space）为l2，方形沟槽的高（对应图3中的recess）为h1，方形沟槽下底边与侧边之间的夹角为α；则：α=120
°
，也即近似l型，故而形成类方形，l1：l2=0.5，h1：l2=0.5。
76.实施例二步骤1，采用反应离子刻蚀进行主刻步：将如图4所示的磁隧道结样品传入反应离子腔室，反应离子刻蚀离子源功率600w，偏压600v，腔压10mt，氩气流量150 sccm。其中，待刻蚀磁隧道结样品，从上至下依次包括掩膜层、帽层、mtj结、底电极层和底介质层。反应离子刻蚀停止在底电极层消耗3nm处。此时，反应离子刻蚀量为20nm。
77.步骤2，采用反应离子刻蚀进行清洗步：二次刻蚀工艺条件优选为：反应离子脉冲pulsing 选用5%，反应离子源功率source 300w、偏压在600v，腔压1.5mt，氩气流量200 sccm，刻蚀30nm到种子层，也即反应离子刻蚀量t2=15nm。完成二次刻蚀后，位于底电极上的刻蚀形貌为方形沟槽。
78.步骤2a，离子束清洗：通过真空腔传输二次刻蚀样品至ibe腔室，离子束角度选择为45
°
，离子束能量100v，采用氩气刻蚀，刻蚀深度3nm，仍停留在底电极上，形貌对比如图4。
79.步骤3，磁隧道结的原位保护：通过真空传输腔，将离子束清洗完成后的磁隧道结样品传入等离子增强化学气相沉积腔室，镀10nm sin薄膜作原位保护。
80.本实施例所得样品方形沟槽的下底边长度（对应图3中的square trench length）为l1，方形沟槽的上底边长度（对应图3中的space）为l2，方形沟槽的高（对应图3中的recess）为h1，方形沟槽下底边与侧边之间的夹角为α；则：α=110
°
，也即近似l型，故而形成类方形， l1：l2=0.6，h1：l2=0.8。
81.实施例三步骤1，采用离子束刻蚀进行主刻步：将磁隧道结样品传入离子束刻蚀腔室，离子束的方向角选择为25
°
、能量600v、保护气体选择为氩气刻蚀。其中，磁隧道结样品从上至下依次包括掩膜层、帽层、mtj结、底电极金属层和底介质层。底介质层中等距嵌套有与掩膜层中掩膜数量相等的金属下电极，金属下电极与掩膜的位置相对应。离子束刻蚀停止在最下层金属层剩余5nm处，也即离子束刻蚀量t1为35nm。
82.步骤2，采用反应离子刻蚀进行清洗步：通过真空腔，将步骤1完成离子束刻蚀的磁隧道结样品，从离子束刻蚀腔室传输至反应离子刻蚀腔室，进行二次刻蚀。二次刻蚀参数为：反应离子脉冲选用20%，离子源功率700w、偏压在400v，腔压5mt，氩气流量100 sccm，反应离子刻蚀量t2=30nm。完成二次刻蚀后，位于底介质层上的刻蚀形貌为方形沟槽。
83.步骤3，镀膜：通过真空传输腔将二次刻蚀后的样品传入等离子增强化学气相沉积腔室，镀35nm sin薄膜作原位保护。
84.本实施例所得样品方形沟槽的下底边长度（对应图3中的square trench length）为l1，方形沟槽的上底边长度（对应图3中的space）为l2，方形沟槽的高（对应图3中的recess）为h1，方形沟槽下底边与侧边之间的夹角为α；则：α=100
°
，也即近似l型，故而形成类方形， l1：l2=0.8，h1：l2=1.0。
85.实施例四步骤1，采用反应离子刻蚀进行主刻步：将如图2所示的磁隧道结样品传入rie腔室进行主刻，主刻步能量为源功率700w、偏压功率400w, 腔压15mtorr，腔压10mtorr, 刻蚀气体为乙醇。
86.反应离子刻蚀停止在最下层金属层剩余5nm至底介质层40nm深度处，本实施例中，一次刻蚀优选停止在金属与介质的界面处，刻蚀量为t1优选为20nm。
87.步骤2，采用反应离子刻蚀进行清洗步：在反应离子刻蚀腔室继续进行二次刻蚀。二次刻蚀工艺条件优选为：反应离子脉冲pulsing 选用30%，反应离子源功率source 300w、偏压在100v，腔压5mt，氩气流量200 sccm，刻蚀30nm到种子层，也即刻蚀量t2=15nm。完成二次刻蚀后，位于底电极上的刻蚀形貌为方形沟槽。
88.步骤3，镀膜：通过真空传输腔将二次刻蚀后的样品传入等离子增强化学气相沉积腔室，镀25nm sin薄膜作原位保护。
89.本实施例所得样品方形沟槽的下底边长度（对应图3中的square trench length）为l1，方形沟槽的上底边长度（对应图3中的space）为l2，方形沟槽的高（对应图3中的recess）为h1，方形沟槽下底边与侧边之间的夹角为α；则：α=95
°
，也即近似l型，故而形成类方形， l1：l2=1.0，h1：l2=1.5。
90.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，磁隧道结主刻步：采用离子束刻蚀和/或反应离子刻蚀，对磁隧道结进行刻蚀量为t1的主刻步刻蚀；其中，离子束的方向角为10~60
°
，反应离子刻蚀的偏压为400-1000v；步骤2，磁隧道结清洗步：对完成主刻步的磁隧道结，进行刻蚀量为t2的清洗步刻蚀；其中，t1：t2≥0.5；清洗步刻蚀包括反应离子刻蚀，反应离子刻蚀的模式为连续模式或脉冲模式；反应离子刻蚀的偏压为50v-400v，脉冲占空比为5%-50%；清洗步刻蚀完成后，在底电极或底介质层上的刻蚀形貌为方形沟槽。2.根据权利要求1所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：步骤2中，清洗步刻蚀采用离子束刻蚀和反应离子刻蚀的组合；其中，离子束刻蚀的束电压为50v-200v。3.根据权利要求1所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：还包括步骤3，磁隧道结的原位保护：采用化学气相沉积法，在完成清洗步刻蚀后的磁隧道结周围生长介质膜层，进行原位保护。4.根据权利要求1所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：清洗步刻蚀的刻蚀量t2为5-100nm。5.根据权利要求1所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：步骤1中，离子束刻蚀包括大角度离子束刻蚀和小角度离子束刻蚀。6.根据权利要求5所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：大角度离子束刻蚀指离子束的方向角为30-60
°
，小角度离子束刻蚀指离子束的方向角为10-30
°
；假设大角度离子束刻蚀的时间段为t1，小角度离子束刻蚀的时间段为t2，则t1≥1.5 t2。7.根据权利要求1或2所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：主刻步和清洗步中，当采用离子束刻蚀时，离子束腔室使用的气体为惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、氨基气体、一氧化碳、二氧化碳和醇类中的一种或任意组合。8.根据权利要求1或2所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：主刻步和清洗步中，当采用反应离子刻蚀时，反应离子腔室中的离子源功率为50-1000w，腔压为0.5-10mt，气流量10-500sccm，气体为惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、氨基气体、一氧化碳、二氧化碳和醇类中的一种或任意组合。9.根据权利要求1所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：方形沟槽的下底边长度为l1，方形沟槽的上底边长度为l2，方形沟槽的高为h1，方形沟槽下底边与侧边之间的夹角为α，则：l1：l2=0.3~1.0，h1：l2=0.1~2.0，α=90-130
°
。10.根据权利要求1所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，磁隧道结主刻步：采用离子束刻蚀，对磁隧道结进行刻蚀量t1=35nm的主刻步刻蚀；离子束刻蚀方法为：将磁隧道结样品传入离子束刻蚀腔室，离子束的方向角选择为25
°
、能量600v、保护气体选择为氩气；其中，磁隧道结样品从上至下依次包括掩膜层、帽层、mtj结、底电极金属层和底介质层；底介质层中等距嵌套有与掩膜层中掩膜数量相等的金属下电极，金属下电极与掩膜的位置相对应；离子束刻蚀停止在底电极金属层剩余5nm处；此时，离子束刻蚀量为35nm；步骤2，磁隧道结清洗步：对完成主刻步的磁隧道结，采用反应离子刻蚀，进行刻蚀量为t2=30nm的清洗步刻蚀；反应离子刻蚀的方法为：通过真空腔，将步骤1完成离子束刻蚀的磁隧道结样品，从离子束刻蚀腔室传输至反应离子刻蚀腔室，进行反应离子刻蚀；反应离子刻
蚀的参数为：反应离子脉冲选用20%，离子源功率700w、偏压在400v，腔压5mt，氩气流量100 sccm，反应离子刻蚀量30nm；清洗步刻蚀完成后，在底介质层上的刻蚀形貌为方形沟槽；步骤3，磁隧道结的原位保护：通过真空传输腔，将清洗步刻蚀完成后的磁隧道结样品传入等离子增强化学气相沉积腔室，镀35nm sin薄膜作原位保护。11.根据权利要求1所述的mram磁隧道结的刻蚀方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，磁隧道结主刻步：采用反应离子刻蚀，对磁隧道结进行刻蚀量t1=20nm主刻步刻蚀；反应离子刻蚀方法为：将磁隧道结样品传入反应离子刻蚀腔室，反应离子刻蚀离子源功率600w，偏压600v，腔压3mt，氩气流量150 sccm；其中，待刻蚀磁隧道结样品，从上至下依次包括掩膜层、帽层、mtj结、底电极层和底介质层；反应离子刻蚀停止在底电极层消耗3nm处；此时，反应离子刻蚀量为20nm；步骤2，磁隧道结清洗步：对完成主刻步的磁隧道结，采用反应离子刻蚀，进行刻蚀量为t2=15nm的清洗步刻蚀；反应离子刻蚀的刻蚀参数为：反应离子脉冲选用5%，反离子源功率300w、偏压在600v，腔压1.5mt，氩气流量200 sccm，反应离子刻蚀量t2=15nm；清洗步刻蚀完成后，在底介质层上的刻蚀形貌为方形沟槽；步骤2a，离子束清洗：通过真空腔，将清洗步刻蚀完成的磁隧道结样品，传输至离子束刻蚀腔室，离子束角度选择为45
°
，离子束能量100v，采用氩气刻蚀，刻蚀深度3nm，仍停留在底电极层上；步骤3，磁隧道结的原位保护：通过真空传输腔，将离子束清洗完成后的磁隧道结样品传入等离子增强化学气相沉积腔室，镀10nm sin薄膜作原位保护。

技术总结
本发明公开了一种MRAM磁隧道结的刻蚀方法，包括步骤1、采用离子束刻蚀和/或反应离子刻蚀进行刻蚀量为t1的主刻步：离子束的方向角为10~60


技术研发人员：李佳鹤 杨宇新 彭泰彦 许开东
受保护的技术使用者：江苏鲁汶仪器有限公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25